Строение и колебательные спектры молекулы фуллерен[60]-пиперазина

Строение и колебательные спектры молекулы фуллерен[60]-пиперазина

,

Химический факультет МГУ

В ряду физикохимических методов исследования колебательная спектроскопия (изучение спектров ИК поглощения и комбинационного рассеяния света) занимает одно из ведущих мест благодаря высокой чувствительности метода к строению молекул. Частоты, на которых наблюдается поглощение (или рассеяние) излучения, отвечающие молекулярным колебаниям, а также интенсивности соответствующих полос являются характеристичными для данной молекулы, поскольку определяются химической природой составляющих молекулу атомов, их относительным расположением, а также общей симметрией системы.

С момента открытия фуллеренов - нового класса каркасных углеродных соединений - методы колебательной спектроскопии широко используются для изучения строения этих молекул и их производных, поскольку позволяют проследить за изменением уникально высокой симметрии исходных соединений при их химической модификации. Строение одного из биологически-перспективных соединений - молекулы С60-пиперазина показано на рис.1. Вследствие понижения молекулярной симметрии с точечной группы Ih до группы C2v ИК спектр этого соединения (рис.2а) состоит из 164 полос (в сравнении с только 4-мя линиями для исходного фуллерена).

Современное теоретическое описание строения и свойств молекул базируется на квантово-химическом рассмотрении молекулы как электронно-ядерной системы. Информация об ее структуре и колебательном спектре позволяет определить физико-химические величины, обуславливающие возможность образования молекулы и ее реакционную способность. В то же время, адекватные квантово-химические расчеты многоатомных молекул требуют значительных вычислительных ресурсов.

В настоящей работе проведен расчет равновесной структуры (рис.1) и ИК спектра (рис.2б) молекулы С60N2C4H8 на 38 процессорах высокопроизводительного кластера НИВЦ МГУ с использованием параллельной версии программного пакета PC GAMESS [1-2]. Расчеты проведены на уровне Хартри-Фока в базисе 6-31G*. В этих условиях оптимизация геометрических параметров заняла 34 часа, а расчет матрицы гессиана и производных дипольного момента потребовал около 6 суток счетного времени.

а
б
Рисунок 1. Строение молекулы C60N2C4H8	Рисунок 2. Наблюдаемый (a) и рассчитанный (b) инфракрасный спектр C60N2C4H8

 

 

1. Alex A. Granovsky, www http://classic. chem. msu. su/gran/gamess/index. html

2. M. W.Schmidt, K. K.Baldridge, J. A.Boatz, S. T.Elbert, M. S.Gordon, J. J.Jensen, S. Koseki, N. Matsunaga, K. A.Nguyen, S. Su, T. L.Windus, M. Dupuis, J. A.Montgomery, put. Chem. 14, 1347-1